Innovatives Verfahren verbindet Vorteile von Laser und PVD-Beschichtung

Mittels Lasertechnik werden immer mehr Einsatzfelder in der Produktkennzeichnung erschlossen. Kein Wunder, denn Laser haben gravierende Vorteile – im wahrsten Sinne des Wortes. Bei bestimmten Anwendungen kann es jedoch noch Hürden geben, insbesondere:

• bei der Laserbearbeitung von einigen Produktoberflächen ohne deren Schädigung
• bei der kontrastreichen und „robusten“ Kennzeichnung von nicht-metallischen Substraten und nicht-vorbehandelten Kunststoffen
• beim Auf- bzw. Abtragen von Flächen in „endlicher“ Zeit

Die vakuumbasierte PVD-Beschichtungstechnik kann diese Schwächen ausgleichen.

Die sogenannte PVD-Technik (Physical Vapor Deposition) – ein Vakuum-Beschichtungsverfahren zum Auftragen hochqualitativer, dünner Schichten – ist seit vielen Jahrzehnten etabliert. Sie ist beispielsweise auf Werkzeugen oder Glasoberflächen zu finden. Aufgrund ihrer hohen Herstellungskosten wird sie bislang fast nur in Nischenmärkten erfolgreich eingesetzt.

Kombiniert man Laser und PVD, werden die genannten Einschränkungen aufgehoben. Mit einem vom Unternehmen ARA-Coatings entwickelten und unter dem Markennamen ARA-LT® vertriebenen Verfahren werden anorganische PVD-Schichten zunächst auf transparente Folien aufgebracht und dann von diesen mit einem Laserstrahl auf Produktoberflächen übertragen. Gleichzeitig handelt es sich bei ARA-LT® um eine Technologie, mit der ganz neue optische Effekte und besondere Funktionalitäten erzeugt werden können, die nicht nur selektiv, sondern auch flächig appliziert werden können.

Das Prinzip lässt sich an folgendem Beispiel recht anschaulich erklären: Eine transparente PET-Folie, die mit einer wenige hundert Nanometer dicken Titanschicht versehen ist, wird in direkten Kontakt mit einer Produktoberfläche gebracht (z. B. auf eine Glasscheibe aufgelegt), und zwar im Fokus des Laserstrahls eines Standard-Beschriftungslasers.

Aktiviert man nun den Laserstrahl mit geeignet eingestellten Parametern und niedriger Leistung – etwa 3 Watt – dann schmilzt das Titan, löst sich von der Trägerfolie und erstarrt wieder als festes Titan auf der Glasoberfläche. Die Trägerfolie wird dabei nicht beeinträchtigt und kann danach einfach entfernt werden.

Dieser direkte Materialübertrag funktioniert mit nahezu allen Metallen und Legierungen. Entsprechende Standard-Laserfolien können bei Ara-Coatings erworben werden. Darüber hinaus können die Ausgangs-PVD-Schichten durch den Laserstrahl gezielt oxidiert werden – partiell oder vollflächig – sodass sich verschiedene (Interferenz-)Farben oder auch elektrische Eigenschaften einstellen lassen.

Auf diesem Bild sehen Sie aufgelasertes 99,99% Feingold als dünne Linien (links) oder als haltfeste, deckende Grafik (rechts):

Die mit einem Laser übertragenen Schichten zeichnen sich durch eine extreme Haftung und Abriebbeständigkeit aus. Auf dieser Nahaufnahme sehen Sie das Ergebnis des erfolglosen Versuchs, eine ARA-LT®-Beschriftung mit Stahlwolle von einer emaillierten Oberfläche zu entfernen oder zumindest zu beschädigen:

Die optische Qualität, d. h. die Homogenität, Kontrast- und Konturschärfe der aufgelaserten Kennzeichnungen und Beschichtungen, ist exzellent. Außerdem lassen sich Oberflächen per Laser beschichten, die auf konventionelle Art gar nicht oder nur in relativ schlechter Qualität gelasert werden können, z. B. Glas, Keramik, Porzellan, Kunststoff oder Papier. Die ARA-LT® Laserschichten werden so schonend aufgebracht, dass sie die Produktoberfläche nicht verändern, beeinträchtigen oder zerstören.

Ein weiterer Vorteil: Die Bearbeitungsgeschwindigkeit ist höher als beim konventionellen Laserbeschriften. In vielen Fällen sind gar keine Laserlinien zu erkennen. Das liegt daran, dass bei einem großen Linienabstand (z. B. 0,1 mm) und geeigneten Parametereinstellungen die PVD-Schicht zwischen den Laserlinien so zum Zerlaufen gebracht werden kann, dass eine dichte, flächige Beschichtung entsteht.

Es lassen sich nicht nur dekorative, sondern auch funktionelle Laserschichten aufbringen, z. B. elektrisch leitfähige Strukturen, antimikrobielle Schichten, Korrosionsschutzschichten, oder auch spiegelnde oder transparente Easy-to-Clean-Schichten. Beispiele sind in folgender Abbildung zu sehen:

• links: aufgelaserte, spiegelnde Silberschicht
• mittig: gebürstete Stahlschicht
• rechts: transparente, super-hydrophobe und robuste Easy-to-Clean-Beschriftung.

Beim rechten Bild sieht man eine transparente ITO-Basisschicht, die in Form des Schriftzugs ARA auf Glas aufgelasert wurde. Dann wurde die Oberfläche mit Leitungswasser benetzt und – wie gut zu erkennen ist – ist die Laserbeschriftung „ARA“ so hydrophob, dass sich das Wasser nur außerhalb dieser Buchstaben gesammelt hat.

Daneben zeichnen sich diese ETC-Schichten auch durch sehr gute mechanische und chemische Beständigkeit aus. Ausgehend von einigen beschichteten Basisfolien können in einem Laservorgang verschiedenen Farben und Schichteigenschaften erzielt werden – allein dadurch, dass einzelne Ausschnitte des Laserbildes mit verschiedenen Parametereinstellungen unterlegt sind. Es werden ausschließlich anorganische Materialien eingesetzt, die selbst (sowie auch deren Herstellung) ökologisch vollkommen unbedenklich sind.

Aufgrund der Tatsache, dass es sich hier um dünne Schichten handelt, werden vorgegebene Toleranzen in Bemaßungen eingehalten. Zudem ist diese Technologie äußerst ressourcenschonend (Nanotechnologie).

Da PET-Folien als Träger für die lasertransferierbaren PVD-Schichten verwendet werden, ist eine sehr preiswerte Serienproduktion möglich: Die hochwertigen PVD-Schichten lassen sich günstig herstellen und als Rollenware direkt vor Ort in der Produktion einsetzen.

Abschließend lässt sich festhalten, dass sich mit dem laserinduzierten Transfer von PVD-Schichten eine Vielzahl unterschiedlicher Anwendungen abdecken lässt. Sowohl maßgeschneiderte Laserschichten als auch Standard-Beschriftungen in großer Menge können zu attraktiven Preisen realisiert werden.

Bilder mit freundlicher Genehmigung von: Ara-Coatings GmbH & Co. KG